CZ2002196A3 - Piezoelektrický ovladač - Google Patents

Description

(57) Anotace:

Piezoelektrický ovladač je proveden s vícevrstvým uspořádáním piezoelektrických vrstev a s vnitřními elektrodami (2,3), uspořádanými mezi nimi, a se střídavým bočním vzájemným propojením vnitřních elektrod (2, 3) prostřednictvím vnějších elektrod (4,5) prostřednictvím kterých je přiváděno elektrické napětí. Vnější elektrody (4. 5) jsou umístěny rozděleně ve tvaru sítě nebo tkaniny vždy na jedné boční ploše a alespoň bodově spojeny s příslušnými vnitřními elektrodami (2,3). Mezi místy připojení je vytvořena prodloužitelná oblast. Vnější elektrody (4, 5) ve tvaru sítě nebo tkaniny jsou prodlouženy za vícevrstvé uspořádání piezoelektrických vrstev tak, že na prodlouženích (8, 9) je proveden přívod elektrického napětí.

• · • ·· • · ·« ····

01-4029-01-Ma PV 2002-196

Piezoelektrický ovladač

Oblast techniky

Vynález se týká piezoelektrického ovladače, s vícevrstvým uspořádáním piezoelektrických vrstev a s vnitřními elektrodami uspořádanými mezi nimi, se střídavým bočním vzájemným propojením vnitřních elektrod prostřednictvím vnějších elektrod, prostřednictvím kterých je přiváděno elektrické napětí.

Dosavadní stav techniky

Je všeobecně známo, že při využití takzvaného piezoelektrického efektu může být vytvořen piezoelektrický element z materiálu s vhodnou krystalickou strukturou. Při připojení vnějšího elektrického napětí nastane mechanická reakce piezoelektrického elementu, která v závislosti na krystalické struktuře a oblastech připojení elektrického napětí představuje tlak nebo tah v předem stanoveném směru. Vytvoření tohoto piezoelektrického ovladače může být provedeno v několika vrstvách (vícevrstvé ovladače), přičemž elektrody, kterými se přivádí elektrické napětí, jsou vždy uspořádány mezi jednotlivými vrstvami.

Takové piezoelektrické ovladače mohou být například použity pro pohon neboli ovládání spínacích ventilů u vstřikovacích systémů paliva ve vozidlech. Při činnosti piezoelektrického ovladače je zejména zapotřebí dbát na to, aby mechanickými napětími ve vícevrstvém provedení nedocházelo ke vzniku žádných trhlin v oblasti vnějších připojovacích elektrod. Protože vnitřní elektrody, jejichž místa kontaktu jsou vždy provedena na jedné straně, jsou do vícevrstvého uspořádání integrována na způsob hřebenu, musí být elektrody následující za sebou ve směru vícevrstvého uspořádání navzájem propojeny vždy střídavě na protilehlých stranách.

Při ovládání piezoelektrického ovladače, to znamená při přivedení napětí mezi vnitřní elektrody uspořádané ve vícevrstvém provedení protilehle, vznikají v oblasti vnitřních elektrod, jakož i v oblasti vzájemného propojení na vnějších elektrodách různé mechanické síly, které způsobují vznik mechanických napětí a proto mohou způsobit vznik trhlin ve vnějších elektrodách. Vnější elektrody potom musí být opět opatřeny připojovacími elektrodami, které zpravidla musí odolávat i mechanickým napětím.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje piezoelektrický ovladač, s vícevrstvým uspořádáním piezoelektrických vrstev a s vnitřními elektrodami uspořádanými mezi nimi, se střídavým bočním vzájemným propojením vnitřních elektrod prostřednictvím vnějších elektrod, prostřednictvím kterých je přiváděno elektrické napětí, podle vynálezu, jehož podstatou je, že vnější elektrody jsou umístěny rozděleně ve tvaru sítě nebo tkaniny vždy na jedné boční ploše a alespoň bodově spojeny s příslušnými vnitřními elektrodami, přičemž mezi místy připojení je vytvořena prodloužitelná oblast, a přičemž vnější elektrody ve tvaru sítě nebo tkaniny jsou prodlouženy za vícevrstvé uspořádání piezoelektrických vrstev tak, že na prodlouženích je proveden přívod elektrického napětí.

Oproti obvyklému pájení těchto vnějších připojovacích vodičů přímo na vnější elektrodu u dolního dílu piezoelektrického ovladače v aktivní nebo neaktivní oblasti je podle vynálezu s výhodou dosaženo toho, že připojením k prodloužení vnější elektrody se vytvoří lepší a mechanicky robustnější spojení. U obvyklého pájení ···· ··· · · · · · · • « ···· · · · • * 4 * · ·· · · · · ··♦· na tkanině ve tvaru sítě nebo síta je přilnutí elektrod na piezoelektrickém ovladači velmi malé, takže i malé síly mohou způsobit odloupnutí vnější elektrody od piezoelektrického ovladače. Podle vynálezu se může potom i počet potřebných elektrických spojů v oblasti vícevrstvého uspořádání zmenšit.

Tím, že se vnější elektrody prodlouží za dolní díl piezoelektrického ovladače, v ideálním případě až k zástrčce, mohou být připojeny v nekritické oblasti. Toto provedení dále umožňuje jednak levnou výrobu a jednak v tomto místě snížení ohrožení funkčnosti a výpadku. Dále je kromě toho výhodné, že je možno upustit od vytvoření jinak nutné přídavné neaktivní oblasti na vícevrstvém uspořádání, čímž se umožní provedení kratší konstrukční délky a uspoří se další náklady.

Podle výhodného provedení vynálezu jsou prodloužení vedena elektricky izolovaně dolním dílem piezoelektrického ovladače, například z oceli nebo oxidu hlinitého A12O3, na němž je vícevrstvé uspořádání piezoelektrických vrstev upevněno. Přitom je rovněž výhodné, když jsou prodloužení pro upevnění a pro odlehčení zatížení v tahu vnějších elektrod zalita v zalévací hmotě, která je umístěna ve vybrání dolního dílu, popřípadě jsou obklopena tvarovým dílem z oceli nebo polymeru.

Prodloužení mohou být s výhodou vytvořena i tak, že vnější elektrody jsou v oblasti prodloužení zúženy. Dále mohou být vnější elektrody i v oblasti prodloužení přehnuty nebo svinuty.

Podle dalšího výhodného provedení vynálezu mohou vnější elektrody ve tvaru sítě nebo tkaniny sestávat z překřížené vodorovně a svisle položených vodičů nebo z vodičů položených šikmo pod úhlem 45°, které jsou navzájem spojeny pokovením z mědi nebo cínu.

» · · • · · • · · · » · · · · ·· ·· « · ·· ····

Tyto a další znaky dalších výhodných provedení vynálezu vyplývají jak z nároků, tak i z popisu a výkresů, přičemž jednotlivé znaky mohou být uplatněny jak samostatně, tak i ve formě podkombinací, a to jak u provedení podle vynálezu, tak i v jiných oblastech, a mohou představovat výhodná, jakož i sama o sobě ochrany schopná provedení, na která je zde požadována ochrana.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladech provedení piezoelektrického ovladače podle přiložených výkresů, na nichž obr. 1 znázorňuje řez piezoelektrickým ovladačem s vícevrstvým uspořádáním vrstev z piezoelektrického keramického materiálu a vnitřních elektrod, jakož i s vnější elektrodou prodlouženou na způsob sítě skrz dolní díl, obr. 2 řez podél čáry A-A provedením z obr. 1, obr. 3 ve zvětšeném měřítku detail v oblasti průchodu prodloužení vnější elektrody dolním dílem, obr. 4 provedení obměněné oproti provedení podle obr. 1 až 3, s přídavným tvarovým dílem v oblasti prodloužení, obr. 5 provedení obměněné oproti dřívějším provedením, s vnější elektrodou zužující se v prodloužení, obr. 6 provedení s vnější elektrodou v prodloužení přehnutou, obr. 7 provedení s vnější elektrodou v prodloužení svinutou, obr. 8 a 9 provedení s vnější elektrodou ve tvaru sítě nebo tkaniny a obr. 10 řez vodiči vnější elektrody ve tvaru sítě nebo tkaniny spojenými pokovením z mědi nebo cínu.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 a 2 je v různých řezech znázorněn piezoelektrický ovladač 1, který je známým způsobem vytvořen z piezoelektrických * »♦·· • · · • ·

«* ·· *· ♦·· · · ·· fólií z keramického materiálu s vhodnou krystalickou strukturou, takže při využití takzvaného piezoelektrického efektu dojde při připojení vnějšího elektrického napětí na vnitřní elektrody 2 a 3. vždy prostřednictvím vnějších elektrod 4 a 5_ k mechanické reakci piezoelektrického ovladače i v axiálním směru.

Piezoelektrický ovladač 1_ je prostřednictvím dolního dílu 6 pevně zalit v tělese 7, například v tělese vstřikovacího ventilu vozidla. Vnější elektrody 4 a 5. jsou opatřeny prodlouženími 8 a 9 na jejichž dolním konci může být umístěna vždy elektrická přípojka pro přívod napětí. V oblasti průchodu prodloužení 8 a 9 dolním dílem 6. jsou popřípadě tato prodloužení 8 a 9 navíc elektricky izolována, například pomocí smrštitelné hadice 10. Pro upevnění a odlehčení vnějších elektrod 4 a 5, popřípadě jejich prodloužení 8 a 9, v tahu jsou prodloužení 8 a 9 v dolním dílu 6 zalita v zalévací hmotě 12. Na obr. 3 je ve zvětšeném měřítku znázorněn detail oblasti průchodu prodloužení 8 a 9 podle jednoho příkladného provedení.

Příkladné provedení podle obr. 4 znázorňuje obměnu upevnění a odlehčení vnějších elektrod 4 a 5_, popřípadě jejich prodloužení 8 a 9, v tahu pomocí tvarového dílu 13, v němž je umístěna zalévací hmota 12, uloženého v dolním dílu £6.

Na obr. 5 až 7 jsou znázorněna různá provedení prodloužení 8. a

9. vnějších elektrod 4 a 5. podle vynálezu. Podle obr. 5 jsou prodloužení 8 a 9 pouze zúžena, což je vidět na průřezu prodloužení 9 znázorněném dole. Na obr. 6 je znázorněno prodloužení 9, které je složené do záhybů, a na obr. 7 je znázorněno prodloužení 9, které je svinuté, což je opět vidět na průřezu prodloužením 9. znázorněném dole.

Na obr. 5 je znázorněno síťovité provedení vnější elektrody 4, 5. s vodorovně a svisle uspořádanými vodiči 14 a 15. přičemž na obr. 9

·« · • v «««« » • · · · · · * 9 · · · · · • « · * » · · je znázorněno obdobné provedení, avšak s vodiči 14 a 15 uspořádanými se sklonem pod úhlem 45°. V řezu podle obr. 10 je vidět poloha navzájem překřížených vodičů 14 a 15 s kontaktními místy 16. vytvořenými například pokovením z mědi nebo cínu.

Claims (10)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Piezoelektrický ovladač, s vícevrstvým uspořádáním piezoelektrických vrstev a s vnitřními elektrodami (2, 3) uspořádanými mezi nimi, se střídavým bočním vzájemným propojením vnitřních elektrod (2, 3) prostřednictvím vnějších elektrod (4, 5), prostřednictvím kterých je přiváděno elektrické napětí, přičemž vnější elektrody (4, 5) jsou umístěny rozděleně ve tvaru sítě nebo tkaniny vždy na jedné boční ploše a alespoň bodově spojeny s příslušnými vnitřními elektrodami (2, 3), přičemž mezí místy připojení je vytvořena prodloužitelná oblast, a přičemž vnější elektrody (4, 5) ve tvaru sítě nebo tkaniny jsou prodlouženy za vícevrstvé uspořádání piezoelektrických vrstev tak, že na prodlouženích (8, 9) je proveden přívod elektrického napětí.
2. 2. Piezoelektrický ovladač podle nároku 1, vyznačující se tím, že prodloužení (8, 9) jsou elektricky izolovaně (10) vedena dolním dílem (6) piezoelektrického ovladače (1), na němž je upevněno vícevrstvé uspořádání piezoelektrických vrstev.
3. 3. Piezoelektrický ovladač podle nároku 2, vyznačující se tím, že prodloužení (8, 9) jsou upevněna v zalévací hmotě (12), která je umístěna ve vybrání (11) dolního dílu (6).
4. 4. Piezoelektrický ovladač podle nároku 3, vyznačující se tím, že zalévací hmota (12) je obklopena tvarovým dílem (13).
5. 5. Piezoelektrický ovladač podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že vnější elektrody (4, 5) jsou v oblasti prodloužení (8, 9) zúženy.

   • 4444 ·· ·»»·

   4 4 ·· · »· « · • 4

   4 4

   4 ·
6. 6. Piezoelektrický ovladač podle jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že vnější elektrody (4, 5) jsou v oblasti prodloužení (8, 9) složené do záhybů.
7. 7. Piezoelektrický ovladač podle jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že vnější elektrody (4, 5) jsou v oblasti prodloužení (8, 9) svinuté.
8. 8. Piezoelektrický ovladač podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že vnější elektrody (4, 5) ve tvaru sítě nebo tkaniny sestávají z překřížené položených vodičů (14, 15) skloněných pod úhlem 45°.
9. 9. Piezoelektrický ovladač podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že vnější elektrody (4, 5) ve tvaru sítě nebo tkaniny sestávají z překřížené vodorovně a svisle položených vodičů (14, 15).
10. 10. Piezoelektrický ovladač podle jednoho z nároků 8 nebo 9, vyznačující se tím, že vodiče (14, 15) jsou navzájem spojeny pokovením z mědi nebo cínu.